1 概述

　　自從100多年前，以燃燒石油制品為動(dòng)力的機(jī)器誕生以來(lái)，對(duì)石油的需求量飛速增長(zhǎng)，也為石油工業(yè)的發(fā)展提供了契機(jī)。隨著采油業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了被廣泛使用的油井舉升設(shè)備——抽油機(jī)。

　　抽油機(jī)的種類繁多，技術(shù)發(fā)明有數(shù)百種。從采油方式上可分為兩類，即有桿類采油設(shè)備和無(wú)桿類采油設(shè)備。有桿類采油設(shè)備又可分為抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)類(國(guó)內(nèi)外大量使用的游梁式抽油機(jī)和無(wú)游梁式抽油機(jī))和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類(如電動(dòng)潛油螺桿泵);無(wú)桿類采油設(shè)備也可分為電動(dòng)潛油離心泵，液壓驅(qū)動(dòng)類(如水力活塞泵)和氣舉采油設(shè)備。

　　目前，應(yīng)用最為廣泛的是游梁式豎井抽油機(jī)采油系統(tǒng)，如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，該系統(tǒng)由3部分組成，即地面部分——游梁式抽油機(jī)，它由電動(dòng)機(jī)、減速箱和四連桿機(jī)構(gòu)(包括曲柄、連桿和游梁)等組成，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2;井下部分——抽油泵(包括吸入閥、泵筒、柱塞和排出閥等)，它懸掛在套管中油管的下端，可分為桿式泵和管式泵;聯(lián)接地面抽油機(jī)和井下抽油泵的中間部分——抽油桿柱，它由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。

　　我國(guó)的油田不像中東的油田那樣有很強(qiáng)的自噴能力，多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田，大部分油田要靠注水壓油入井，再用抽油機(jī)把油從地層中提升上來(lái)。以水換油或者以電換油是我國(guó)油田的現(xiàn)實(shí)，因而，電費(fèi)在我國(guó)的石油開(kāi)采成本中占了相當(dāng)大的比例，所以，石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能。

　　目前，我國(guó)抽油機(jī)的保有量在10萬(wàn)臺(tái)以上，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500MW，每年耗電量逾百億kW·h。抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，在我國(guó)平均效率為25.96%，而國(guó)外平均水平為30.05%，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億kW·h。除了抽油機(jī)之外，油田還有大量的注水泵、輸油泵和潛油泵等設(shè)備，總耗電量超過(guò)油田總用電量的80%，可見(jiàn)，石油行業(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè)。

　　抽油機(jī)節(jié)能包括節(jié)能型抽油機(jī)和抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的研制與推廣兩個(gè)方面，對(duì)此兩大技術(shù)的研究方興未艾。介紹和宣傳的文章很多，眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。廠家的產(chǎn)品性能介紹亦有“王婆賣(mài)瓜”之嫌。因此，有必要將目前常見(jiàn)的幾種類型的抽油機(jī)節(jié)能電控裝置作一個(gè)科學(xué)的分析比較，以供用戶選用時(shí)參考。在全國(guó)各油田進(jìn)行試驗(yàn)或已投運(yùn)的節(jié)能電控裝置不下數(shù)十種之多，大體上可以分為5種類型，下面分別加以討論。

　　2 間抽控制器(POC)

　　由于抽油機(jī)是按照油井最大化的抽取量來(lái)進(jìn)行選擇的，并且還留有設(shè)計(jì)余量。另外，隨著油井由淺入深的抽取，井中液面逐漸下降，泵的充滿度越來(lái)越不足，直到最后發(fā)生空抽的現(xiàn)象，如果不加以控制，就會(huì)白白地浪費(fèi)大量的電能。對(duì)于這種油井，最簡(jiǎn)單的方法是實(shí)行間抽，即當(dāng)油井出液量不足或發(fā)生空抽時(shí)，就關(guān)閉抽油機(jī)，等待井下液量的蓄積，當(dāng)液面超過(guò)一定深度時(shí)，再開(kāi)啟抽油機(jī)，這樣就提高了抽油機(jī)的工作效率，避免了大量的電能浪費(fèi)。

　　間抽控制的原始做法是派人定時(shí)到油井去開(kāi)停抽油機(jī)，即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，目前也還有不少油井采用這種人工控制方式，以便解決抽油機(jī)的低效和浪費(fèi)問(wèn)題。這種做法每天要派人去井場(chǎng)操作好幾次，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)才能摸索出適合各油井的間抽規(guī)律，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。于是就引入了定時(shí)鐘，只須設(shè)定開(kāi)、停機(jī)時(shí)間，便能自動(dòng)地進(jìn)行間抽控制，但是，這仍然無(wú)法解決令抽油機(jī)的工作能力動(dòng)態(tài)地響應(yīng)油井負(fù)荷的變化，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果，同時(shí)，還有可能會(huì)影響油井的產(chǎn)量。

　　為了解決上述問(wèn)題，通過(guò)安裝相關(guān)的傳感器，精確感知油井負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)智能間抽控制(IPOC)。為此，可采用各種不同的傳感器達(dá)到控制目的，下面分別予以介紹。

　　2.1 液面探測(cè)器

　　如果能直接測(cè)出井中的液面，那么就可以用它來(lái)控制抽油機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)液面高度超過(guò)泵時(shí)，就啟動(dòng)抽油機(jī);當(dāng)液面降到泵的吸入口處時(shí)，就關(guān)閉抽油機(jī)，避免空抽的發(fā)生。早期的方法是使用永久式的井下壓力傳感器來(lái)檢測(cè)液面，現(xiàn)代則是利用聲波裝置從地面上自動(dòng)監(jiān)測(cè)井下液面深度，但是，由于裝置復(fù)雜，維修費(fèi)用高而沒(méi)有得到普及。

　　2.2 流量傳感器

　　在井口通過(guò)流量傳感器檢測(cè)油井的出液量，是實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)控制最直接，也是最有效的方法。但是，由于國(guó)內(nèi)的油井產(chǎn)量太低，有些油井的產(chǎn)量每天只有幾m3，甚至不足1m3，合10cm3/s。這么小的流量檢測(cè)，對(duì)于各種類型的流量傳感器來(lái)講都是一個(gè)難題，再加上井中采出的油液中含有大量的泥沙和蠟塊，經(jīng)常會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，因而也未能獲得推廣應(yīng)用。

　　2.3 電機(jī)電流傳感器

　　應(yīng)當(dāng)說(shuō)，電機(jī)電流的檢測(cè)是最方便、最可靠，也是最為廉價(jià)的方法。當(dāng)發(fā)生空抽時(shí)，下沖程開(kāi)始時(shí)游動(dòng)閥并沒(méi)有打開(kāi)，光桿載荷為桿柱重量及游動(dòng)閥上部液柱的重量之和，可平衡掉大部分的配重的重量，電動(dòng)機(jī)只要用很小的能量就可將桿柱送入井底，電機(jī)電流較小;當(dāng)油井中泵的充滿度較高時(shí)，下沖程開(kāi)始不久，游動(dòng)閥即打開(kāi)，泵中液面托住了游動(dòng)閥上部的液柱重量，并且使抽油桿柱也浸沒(méi)在液體中，因而光桿載荷只是桿柱在液體中的浮重，這也就意味著電機(jī)將用較大的能量來(lái)舉起曲柄或游梁尾部的平衡塊的重量才能將桿柱送入井底，因而電流就較大。

　　在下沖程時(shí)設(shè)置一個(gè)設(shè)定值，當(dāng)發(fā)生空抽時(shí)，實(shí)際電流將降至此值以下，控制器就關(guān)閉抽油機(jī)。也可通過(guò)電機(jī)的平均電流進(jìn)行檢測(cè)，從實(shí)際平均電流的下降中也可很容易地鑒別出空抽的發(fā)生。但是，電流的檢測(cè)受到抽油機(jī)配重的影響而使實(shí)際的電機(jī)電流變得很難控制，絕不像某些膚淺的文章中所描述的那樣，是近似方波的電流波形。實(shí)際的抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的扭矩(電流)曲線如圖3所示。這種不規(guī)則的扭矩(電流)曲線，只有通過(guò)抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和平衡曲線的改變方能改變，而不是通過(guò)電控裝置可以實(shí)現(xiàn)的，因此，這是一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程問(wèn)題。

　　圖3 采用普通異步電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)抽油機(jī)上的慣性扭矩當(dāng)量

　　2.4 抽油桿載荷傳感器

　　普遍采用的方法是通過(guò)特制的傳感器，對(duì)抽油機(jī)的光桿載荷進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)椋鈼U載荷是井下泵運(yùn)行情況的最好監(jiān)視器，并且它不受平衡配重的影響。泵的充盈系數(shù)(包括空抽)通過(guò)對(duì)抽油桿載荷的分析可以很容易地被檢測(cè)出來(lái)。另外，更重要的是抽油桿載荷數(shù)據(jù)，加上抽油桿位置的信息，正是分析井下工況的“示功圖”的必備數(shù)據(jù)，利用這些信息可對(duì)抽油機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的分析。

　　在光桿或游梁上安裝測(cè)力傳感器可以測(cè)出抽油桿的載荷數(shù)據(jù)。光桿測(cè)力傳感器比較準(zhǔn)確，但易于損壞;安裝在游梁上的傳感器準(zhǔn)確度比較低，但比較耐用。國(guó)內(nèi)已有抽油機(jī)專用的測(cè)力傳感器產(chǎn)品。利用載荷傳感器的數(shù)據(jù)繪制的示功圖，檢測(cè)抽空控制設(shè)備的工作原理如圖4所示。

　　抽空控制最可靠的一個(gè)方法是計(jì)算光桿所做的機(jī)械功，因?yàn)椋瑱C(jī)械功與被示功圖所封閉的面積成正比，所以，空抽表明輸入到系統(tǒng)中的能量減少，只須計(jì)算示功圖的面積或一部分面積即可檢測(cè)抽空條件。其方法包括在示功圖上設(shè)定兩條垂直線，計(jì)算這兩條抽油桿位置線之間示功圖的面積或曲線下面的面積，如果用示功圖里面的面積，可檢測(cè)出圖4中的面積1減少了;如果用示功圖下面的面積，則可檢測(cè)出面積2增加了。

　　(a) 抽油桿載荷傳感在設(shè)定點(diǎn)處的桿載荷

　　(b) 變化的載荷量

　　(c) 抽油桿所做的機(jī)械功

　　圖4 監(jiān)測(cè)抽油桿載荷裝置的抽空控制設(shè)備的工作原理

　　同時(shí)，也可像電機(jī)電流信號(hào)一樣，通過(guò)計(jì)算光桿載荷平均值的辦法來(lái)檢測(cè)抽空的發(fā)生，較高的載荷平均值表示有可能發(fā)生空抽，而較低的載荷平均值則表示油井中液量多。

　　總之，間抽控制器的優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的。

　　1)由于縮短了抽油時(shí)間，大大減少了能量消耗。但是，在用人工控制和定時(shí)自動(dòng)控制間抽時(shí)，由于惟恐減產(chǎn)，幾乎都會(huì)發(fā)生實(shí)際抽油時(shí)間比必要的抽油時(shí)間長(zhǎng)的情形，因而不能完全避免空抽。通過(guò)傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的智能間抽控制器(IPOC)，在檢測(cè)到空抽時(shí)立即關(guān)閉抽油機(jī)，避免了空抽的發(fā)生，平均可多節(jié)約能量20%～30%。

　　2)相對(duì)于人工間抽和定時(shí)間抽來(lái)講，智能間抽控制由于達(dá)到了較低的平均液面，增加了產(chǎn)量。因?yàn)椋^低的液面意味著較低的井底流壓，結(jié)果較多的液體流入井底，通常可增產(chǎn)1%～4%。

　　3)由于消除了液擊現(xiàn)象，可使井下和地面設(shè)備的維修費(fèi)用減少25%～30%。另外，通過(guò)IPOC裝置可提前探測(cè)到油井故障，從而進(jìn)一步減少了所需的修井作業(yè)量。

　　4)使用微電腦技術(shù)的IPOC裝置大大增加了抽油系統(tǒng)的性能信息檢測(cè)數(shù)據(jù)，為抽油機(jī)的遙控遙測(cè)及集中控制創(chuàng)造了條件。

　　3 軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型

　　由于抽油機(jī)的功率檔次有限，如30kN，60kN，80kN，100kN等，而每一口油井的參數(shù)都不一樣，在選配抽油機(jī)時(shí)，不可能做到量體裁衣，剛好和抽油機(jī)的功率檔次相匹配，一般留有一定的功率裕量;各型抽油機(jī)在配用電動(dòng)機(jī)時(shí)，為了保證抽油機(jī)在各種工況下正常運(yùn)行，也留有一定的功率余量;隨著油井由淺入深的抽取，油井的產(chǎn)液量越來(lái)越少，抽油機(jī)的負(fù)荷也相應(yīng)減小。由于上述原因，就造成了抽油機(jī)的實(shí)際負(fù)載率普遍偏低，大部分抽油機(jī)的負(fù)載率在20%～30%之間，最高也不會(huì)超過(guò)50%，形成大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行時(shí)，其效率和功率因數(shù)都較低，此時(shí)若適當(dāng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子的端電壓，使之與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率合理匹配，這樣就降低了電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，從而降低電動(dòng)機(jī)的鐵耗和從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率，可以提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率和功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。

　　3.1 電動(dòng)機(jī)定子繞組△/Y轉(zhuǎn)換降壓節(jié)能

　　由于低壓電動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，定子三相繞組是△接法，這樣每相繞組承受380V的線電壓，電動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生額定的輸出機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是與電壓的平方成正比的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載(負(fù)載率<33%)時(shí)，可以將電動(dòng)機(jī)的繞組由△接法改成Y接法，使每相繞組只承受220V的電壓，即為額定電壓的1/

　　，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也就僅為額定轉(zhuǎn)矩的1/3。當(dāng)負(fù)載率>33%時(shí)，再將電動(dòng)機(jī)繞組改為△接法運(yùn)行，否則，會(huì)因電流過(guò)大而燒毀電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行Y/△轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。

　　Y/△接法轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)一般采用交流接觸器實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)晶閘管開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，兩種方法在節(jié)能效果上并無(wú)差異，而轉(zhuǎn)換控制電路如何準(zhǔn)確掌握轉(zhuǎn)換時(shí)的負(fù)載率則會(huì)對(duì)節(jié)能效果產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)負(fù)載率β<33%時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行△→Y切換，則會(huì)影響節(jié)能效果，而當(dāng)負(fù)載率β>33%時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行Y→△切換，則會(huì)使電流過(guò)大，銅耗增加，反而費(fèi)電，同樣影響節(jié)能效果。為了不使轉(zhuǎn)換頻繁發(fā)生，一般在轉(zhuǎn)換點(diǎn)的負(fù)載率之間設(shè)置一定的回差，通常采用負(fù)載率β<30%時(shí)進(jìn)行△→Y轉(zhuǎn)換，而當(dāng)β>35%，進(jìn)行Y→△轉(zhuǎn)換。

　　3.2 晶閘管相控與調(diào)壓節(jié)電軟啟動(dòng)

　　晶閘管軟啟動(dòng)與調(diào)壓節(jié)電的控制框圖如圖5所示。由單片機(jī)控制串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)定子主電路中的晶閘管的觸發(fā)角α，即可以改變加在定子繞組上的端電壓值，從而起到調(diào)壓節(jié)電的目的。其優(yōu)點(diǎn)是可以動(dòng)態(tài)跟蹤電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)或輸入電功率，達(dá)到最佳節(jié)能效果;在負(fù)載突然增加時(shí)也可得到及時(shí)的響應(yīng)，以免電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn);且可兼作電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)器，同時(shí)由于采用單片機(jī)控制，具有完善的保護(hù)功能。其缺點(diǎn)是造價(jià)較高，且由于對(duì)晶閘管進(jìn)行相控，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)以及通信系統(tǒng)造成不良的影響，今后這類產(chǎn)品將因達(dá)不到電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)而被限制使用。

　　圖5 軟起動(dòng)控制器框圖

　　表1 按最佳調(diào)壓系數(shù)進(jìn)行調(diào)壓后節(jié)省的電量計(jì)算值

　　關(guān)于電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)電的有關(guān)計(jì)算和校驗(yàn)，國(guó)標(biāo)GB12497-1995《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》中有明確的要求。在采取調(diào)壓節(jié)電時(shí)，既要達(dá)到節(jié)電的目的，又要保證電動(dòng)機(jī)軸上的出力，并有一定的過(guò)載系數(shù)，否則，當(dāng)負(fù)載波動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)將發(fā)生堵轉(zhuǎn)而燒毀。電動(dòng)機(jī)輕載降壓時(shí)，首先是功率因數(shù)上升，節(jié)約了無(wú)功功率。這里必須著重指出：不是所有的降壓行為都能達(dá)到節(jié)能的目的，只有當(dāng)電壓的降低程度大于轉(zhuǎn)差率及功率因數(shù)的上升程度時(shí)，才能使降壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)效率得到提高而節(jié)能。

　　經(jīng)過(guò)各種檢驗(yàn)計(jì)算，電動(dòng)機(jī)降壓后的最低電壓范圍大致為(0.56～0.27)UN。以上數(shù)據(jù)是以正弦波電壓計(jì)算的，若考慮到晶閘管調(diào)壓所產(chǎn)生的諧波，引起電動(dòng)機(jī)的噪音，振動(dòng)和附加發(fā)熱等因素，其節(jié)能效果還要降低。一臺(tái)Y1600—10/1730型電動(dòng)機(jī)輕載降壓節(jié)能效果的計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。Y1600—10/1730型電動(dòng)機(jī)的原始數(shù)據(jù)為：額定功率PN=1600kW，額定電壓UN=6.0kV，額定電流IN=185A，額定轉(zhuǎn)速nN=595r/min，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩)=2.22，起動(dòng)電流倍數(shù)(堵轉(zhuǎn)電流/額定電流)=5.53，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(起動(dòng)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩)=0.824，額定效率ηN=94.49%，額定功率因數(shù)cosφ=0.879。電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的有功損耗ΣPN=93.3kW，電動(dòng)機(jī)的空載損耗Po=29.6kW，空載電流Io=46.25A，電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的無(wú)功功率QN=918kvar，電動(dòng)機(jī)的空載無(wú)功功率Qo=480.6kvar。

　　由表1可知，電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)能，主要節(jié)省的是無(wú)功功率，提高了功率因數(shù)，對(duì)供電網(wǎng)有利。而有功節(jié)電主要節(jié)省的是電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗的一部分，且隨著負(fù)載率的上升而銳減：負(fù)載系數(shù)β=0.1時(shí)，有功節(jié)電率為15%;β=0.2時(shí)為5.3%;β=0.3時(shí)僅為2.1%。按照國(guó)標(biāo)GB124971995的規(guī)定，綜合節(jié)電為ΔP+KqΔQ，其中Kq為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，其值規(guī)定為：電動(dòng)機(jī)直連發(fā)電機(jī)母線時(shí)取0.02～0.04;經(jīng)二次變壓時(shí)取0.05～0.07;經(jīng)三次變壓時(shí)取0.08～0.1。一般抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)均經(jīng)三次以上變壓，可取為0.1，也即每節(jié)省10kvar的無(wú)功功率，可折合為1kW的有功功率計(jì)算。由于降壓節(jié)能時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本上不變，軸上的負(fù)載也不變，則電動(dòng)機(jī)的輸出軸功率是不會(huì)改變的，節(jié)省的只是電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗的一部分，表1中第7欄綜合節(jié)電率應(yīng)為表中第4欄的數(shù)據(jù)除以當(dāng)時(shí)的負(fù)載功率與第5欄的損耗功率之和的結(jié)果，并非為節(jié)省的綜合有功功率與電動(dòng)機(jī)額定功率之比。這是一個(gè)概念誤區(qū)，有些用戶在計(jì)算節(jié)電效益時(shí)，往往用電動(dòng)機(jī)的額定功率乘以節(jié)電率再乘以運(yùn)行時(shí)間來(lái)計(jì)算節(jié)省的電能(kW·h)數(shù)，這是錯(cuò)誤的。

　　由表1可知，當(dāng)負(fù)載率為β=0.4時(shí)，其綜合節(jié)電率為2.22%，其節(jié)省的功率并非為PN×2.22%=35.52kW，而應(yīng)當(dāng)為β=0.4時(shí)的負(fù)載功率PN×0.4加上電動(dòng)機(jī)當(dāng)U=UN時(shí)的功率損耗ΣPN=72.83kW，來(lái)乘以綜合節(jié)電率2.22%，即(1600×0.4+72.83)×2.22%=15.8kW。有些制造商常在這一問(wèn)題上誤導(dǎo)或欺騙用戶，應(yīng)引起注意。

　　通過(guò)降壓對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的目的，一是減少起動(dòng)時(shí)過(guò)大的沖擊電流，二是減小全壓起動(dòng)時(shí)過(guò)大的機(jī)械沖擊。那么在抽油機(jī)上使用降壓軟起動(dòng)裝置，其效果究竟如何呢?由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與施加電壓的平方成正比，施加電壓降低了，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩若達(dá)不到負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)不起來(lái)的。雖然電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般小于額定轉(zhuǎn)矩，但是，當(dāng)電壓降到額定電壓的70%時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的50%，對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩超過(guò)50%額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，是轉(zhuǎn)不起來(lái)的。只有當(dāng)電壓升高到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩足以克服負(fù)載的靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。所以，△/Y轉(zhuǎn)換起動(dòng)只適合起動(dòng)轉(zhuǎn)矩<1/3額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，一般的軟起動(dòng)也只適合起動(dòng)轉(zhuǎn)矩<50%額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)于重載起動(dòng)的負(fù)載就降低起動(dòng)電流來(lái)說(shuō)，軟起動(dòng)器也是無(wú)能為力的。

　　對(duì)需重載起動(dòng)的負(fù)載，使用軟起動(dòng)并不能達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的，更不能達(dá)到節(jié)省起動(dòng)能量的作用;但是，由于軟起動(dòng)器的電壓是呈鈄坡上升的，雖然在達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)矩前電動(dòng)機(jī)并不旋轉(zhuǎn)，但隨著電動(dòng)機(jī)軸上扭矩的不斷增大，被拖動(dòng)的負(fù)載是慢慢被加力的，所以，用軟起動(dòng)器起動(dòng)需重載起動(dòng)的負(fù)載時(shí)，可以達(dá)到減小機(jī)械沖擊的目的。對(duì)于抽油機(jī)來(lái)講，使用軟起動(dòng)器，不一定能達(dá)到減小沖擊電流的目的，但可以達(dá)到減小起動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊的目的，還是有一定作用的。

　　在某些宣傳降壓節(jié)能產(chǎn)品的文章中，提到在抽油機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角α改善瞬時(shí)過(guò)電壓的問(wèn)題，事實(shí)上也不盡然。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由于負(fù)載超速而變成異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是會(huì)產(chǎn)生瞬間過(guò)電壓，使電動(dòng)機(jī)端電壓高于供網(wǎng)電壓，但由于供電網(wǎng)可以看成是一個(gè)無(wú)窮大的電源系統(tǒng)，當(dāng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)端電壓只是略高于供網(wǎng)電壓，以便能量反饋。這時(shí)調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角α，只能調(diào)整電流，即異步發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，對(duì)于抑制過(guò)電壓并無(wú)效果。

　　4 無(wú)功就地補(bǔ)償節(jié)能型

　　交流異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功就地補(bǔ)償就是將補(bǔ)償電容器組直接與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)所需的無(wú)功功率由電容器提供，有功功率則仍由電網(wǎng)提供，因而可以最大限度地減少拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的需求，使整個(gè)供電線路的容量及能量損耗、導(dǎo)線截面、有色金屬消耗量，以及開(kāi)關(guān)設(shè)備和變壓器的容量都相應(yīng)減小，而供電質(zhì)量卻得以提高。

　　無(wú)功就地補(bǔ)償只對(duì)長(zhǎng)期空載或輕載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)有用，對(duì)于重載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠浔旧砉β室驍?shù)較高，沒(méi)有補(bǔ)償?shù)谋匾Ｓ捎诔橛蜋C(jī)大部分處于輕載運(yùn)行的狀況，且由于其分散性，低壓輸電線路較長(zhǎng)，本身功率因數(shù)又偏低，無(wú)功就地補(bǔ)償?shù)男Ч^好。對(duì)于抽油機(jī)這樣的負(fù)載，負(fù)載頻繁變化，沒(méi)有必要采用自動(dòng)投切的電容器組補(bǔ)償，這樣會(huì)增加成本，降低可靠性，是得不償失之舉。只要根據(jù)電機(jī)容量及平均負(fù)載率，選配適當(dāng)容量的電容器進(jìn)行固定補(bǔ)償就行了，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。目前，由于市售的補(bǔ)償電容器質(zhì)量都不好，壽命都不長(zhǎng)，因此，應(yīng)當(dāng)選用質(zhì)量較好的自愈式電容器，并有自放電電路的產(chǎn)品。